[发明专利]一种刚性的四羧基氢键有机框架材料及其制备和应用

说明书

本发明属于有机光电材料技术领域，具体涉及一种刚性的四羧基氢键有机框架材料及其制备和应用。该刚性的四羧基氢键有机框架材料单体分子H₄TPA为：N，N，N'，N'‑四(4‑羧苯基)‑1,4‑苯二胺，此框架属于正交晶系，空间群为Ibca，α＝β＝γ＝90°，Z＝8，每个四面体H₄TPA分子通过四对分子间的‑COOH··HOOC‑氢键与相邻的四个H₄TPA分子相连，且O···O的距离和O‑H···O的角度分别为和171°。本发明的有益效果是：本发明的刚性的四羧基氢键有机框架材料具有制备工艺简单，成本低，应用于C₃H₄/C₃H₆混合气体中选择性分离吸附丙烯丙炔，易于回收再生，有良好的分离稳定性。

技术领域

本发明属于有机光电材料技术领域，具体涉及一种刚性的四羧基氢键有机框架材料及其制备和应用。

背景技术

目前，丙烯是全球最重要的化工原料之一(2020年全球产能超1.16亿吨)，其生产过程中不可避免的会产生丙炔杂质，极低浓度( ≥ 1 ppm)丙炔的存在就会对下游聚丙烯的生产造成显著影响。因而，实现丙烯中低浓度丙炔的高效净化具有重要的工业与科学意义。传统石化行业中，丙炔的分离主要采用低温精或催化加氢工艺，存在能耗高和选择性低等不足。因此，开发高效去除C₃H₆中痕量C₃H₄的新技术和新材料具有重要的现实意义。因此，迫切需要开发一种节能环保的C₃H₄/C₃H₆分离方法。近年来，多孔材料作为物理吸附剂，选择性吸附C₃H₄而非C₃H₆已成为一种简单有效的方法。

氢键有机框架是一类新型多孔晶体材料，由有机基团通过氢键、π-π和静电等非共价键相互作用构成。早在20世纪90年代，化学家就从生物系统中广泛存在的氢键中获得灵感，利用氢键来构建多孔框架。该材料具有结晶度高、比表面积大、合成条件温和、溶剂可加工等独特优点。因此，HOFs已成为储气、催化、分子构型测定、荧光传感、酶包封等领域的卓越平台。此外，近年来，由于其在孔径、形状和表面功能方面的迷人可调性，HOFs在气体分离/净化方面引起了广泛关注。这些特性使我们能够设计出具有按需孔径和功能的目标材料，用于多种气体分离纯化，包括分离CO₂/N₂、CO₂/CH₄、轻烃、C₂H₂/CO₂、O₂/N₂等。但是，由于C₃H₄/C₃H₆的动力学直径和分子尺寸相似，分离比较困难。用于C₃H₄/C₃H₆分离的HOFs材料还处于研究空白。

发明内容

本发明公开了一种刚性的四羧基氢键有机框架材料及其制备和应用。

为了解决上述问题，本发明的技术方案是：一种刚性的四羧基氢键有机框架材料，该材料为HOF-30系列（HOF-30-C₁，HOF-30-C₂和HOF-30-C₃），这一系列的HOFs材料通过气体吸附仪活化后转变为同一化合物：HOF-30a。HOF-30a具有优异C₃H₄/C₃H₆分离性能。